(57)【要約】  内燃機関のためのギャラリなし鋼ピストンが提供される。ピストンは一体型ピストン本体を有する。この一体型ピストン本体は、第１の部分と第２の部分とを含む上部燃焼面を形成する上部壁を備える。第１の部分は上部壁の外周に沿って環状に延在し、第２の部分は燃焼ボウルを形成する。ピストンは、燃焼ボウルとは正反対側に位置する下クラウン面をさらに含む。下クラウン面は、冷却オイルの接触を可能にする露出した２次元表面積を有する。露出した２次元表面積は、ピストン本体の最大外径によって規定される断面積の２５パーセント〜６０パーセントである。冷却をさらに向上させるために、下クラウン面の一部は凹状または凸状であり、それによって、ピストンの往復運動中にオイルがピストンの一方側から他方側にまで流れる。
2019502856.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関のためのピストンであって、
中心の長手方向軸に沿って延在するピストン本体を備え、
前記ピストン本体は、上部燃焼面を形成する上部壁と、前記上部燃焼面から垂下する環状のリングベルトとを有し、
前記上部燃焼面は第１の部分と第２の部分とを有し、前記第１の部分は前記上部壁の外周に沿って環状に延在し、前記第２の部分は前記第１の部分から径方向内側に垂下する燃焼ボウルを形成し、
前記上部壁は、前記上部壁の下側に形成された下クラウン面を有し、前記下クラウン面は、前記上部燃焼面の前記第２の部分とは反対側、かつ、前記リングベルトの径方向内側に位置し、
前記ピストン本体は、前記リングベルトから垂下するスカートパネルの対を含み、
前記ピストン本体は、前記スカートパネルによって互いに離間されたピンボスの対を含み、前記ピンボスの対は、横方向に離間されたピンボアの対を提供し、
前記ピストン本体は、前記下クラウン面に沿った冷却ギャラリを備えず、
前記中心の長手方向軸に沿って見たときに、前記下クラウン面の露出した２次元表面積は、前記ピストン本体の最大外径によって規定される断面積の２５パーセント〜６０パーセントである、ピストン。
【請求項２】
前記下クラウン面の前記２次元表面積は、前記ピストン本体の前記最大外径によって規定される前記断面積の３０パーセント〜５５パーセントである、請求項１に記載のピストン。
【請求項３】
前記下クラウン面の前記２次元表面積は、前記燃焼ボウルの２次元表面積の５０パーセント〜１２５パーセントである、請求項１に記載のピストン。
【請求項４】
前記下クラウン面の３次元表面積は、前記燃焼ボウルの３次元表面積の５０パーセント〜１２０パーセントである、請求項１に記載のピストン。
【請求項５】
前記下クラウン面の直径は、前記燃焼ボウルの直径の８５パーセント〜１４０パーセントである、請求項１に記載のピストン。
【請求項６】
前記下クラウン面の直径は、前記ピストン本体の前記最大外径の７５パーセント〜９０パーセントである、請求項１に記載のピストン。
【請求項７】
前記下クラウン面の３次元表面積は、前記ピストン本体の前記最大外径によって規定される前記断面積の３０パーセント〜９０パーセントである、請求項１に記載のピストン。
【請求項８】
前記ピストン本体は、前記ピンボスの径方向外側に位置する下クラウンポケットを含み、
前記下クラウンポケットの少なくとも一部は、前記下クラウン面の少なくとも一部を形成し、
前記下クラウンポケットの総２次元表面積は、前記ピストン本体の前記最大外径によって規定される前記断面積の１８パーセント〜３５パーセントである、請求項１に記載のピストン。
【請求項９】
前記下クラウンポケットの総３次元表面積は、前記ピストン本体の前記最大外径によって規定される前記断面積の５０パーセント〜８５パーセントである、請求項８に記載のピストン。
【請求項１０】
前記下クラウン面の前記一部を形成する前記下クラウンポケットの前記一部は、前記上部燃焼面から１０ｍｍ以下の距離を置いて、前記上部燃焼面の前記第２の部分とは反対側、かつ、前記リングベルトの径方向内側に位置する、請求項８に記載のピストン。
【請求項１１】
前記下クラウン面は、前記中心の長手方向軸に沿って位置する凹部を含む、請求項１に記載のピストン。
【請求項１２】
前記凹部の長さは前記凹部の幅よりも大きい、請求項１１に記載のピストン。
【請求項１３】
前記凹部の曲率半径は３０ｍｍ〜５００ｍｍである、請求項１１に記載のピストン。
【請求項１４】
前記下クラウン面は、前記中心の長手方向軸から軸方向にオフセットされた凹部を含む、請求項１に記載のピストン。
【請求項１５】
前記凹部の曲率半径は３０ｍｍ〜５００ｍｍである、請求項１４に記載のピストン。
【請求項１６】
前記下クラウン面は、前記中心の長手方向軸に沿って位置する凸部を含む、請求項１に記載のピストン。
【請求項１７】
前記凸部の曲率半径は８０ｍｍ〜３００ｍｍである、請求項１６に記載のピストン。
【請求項１８】
前記上部壁は、前記燃焼面から前記上部壁の前記下側まで延びる厚さを有し、
前記下クラウン面は、前記燃焼面から距離を置いて前記下側に沿って位置し、
前記距離は、前記上部壁の最小厚さの２倍以下である、請求項１に記載のピストン。
【請求項１９】
前記下クラウン面は、前記上部燃焼面から距離を置いて前記上部壁の前記下側に沿って位置し、
前記距離は、１０ｍｍ以下である、請求項１に記載のピストン。
【請求項２０】
ピストンを構築する方法であって、
機械加工、鍛造、および鋳造のうちの少なくとも１つによって、中心の長手方向軸に沿って延在するピストン本体を形成するステップを含み、
前記ピストン本体は、上部燃焼面を形成する上部壁と、前記上部燃焼面から垂下する環状のリングベルトとを有し、
前記上部燃焼面は第１の部分と第２の部分とを有し、前記第１の部分は前記上部壁の外周に沿って環状に延在し、前記第２の部分は前記第１の部分から径方向内側に垂下する燃焼ボウルを形成し、
前記上部壁は、前記上部壁の下側に形成された下クラウン面を有し、前記下クラウン面は、前記上部燃焼面の前記第２の部分とは反対側、かつ、前記リングベルトの径方向内側に位置し、
前記ピストン本体は、前記リングベルトから垂下するスカートパネルの対を含み、
前記ピストン本体は、前記スカートパネルによって互いに離間されたピンボスの対を含み、前記ピンボスの対は、横方向に離間されたピンボアの対を提供し、
前記ピストン本体は、前記下クラウン面に沿った冷却ギャラリを備えず、
前記中心の長手方向軸に沿って見たときに、前記下クラウン面の露出した２次元表面積は、前記ピストン本体の最大外径によって規定される断面積の２５パーセント〜６０パーセントである、方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
本出願は、米国実用特許出願第１４／９８８，８８５号の利益を主張し、その内容全体を本明細書に引用により援用する。
【０００２】
発明の背景
１．技術分野
本発明は、概して内燃機関に関し、より特定的には、そのためのピストンに関する。
【背景技術】
【０００３】
２．関連技術
エンジン製造業者は、エンジン効率および性能を向上せよとの要求の高まりに直面している。エンジン効率および性能の向上は、製造に関する費用の削減と同時に、燃費向上、オイル消費の削減、燃料系統の向上、シリンダボア内の圧縮負荷および動作温度の上昇、ピストンによる熱損失の低減、構成部品同士の潤滑の向上、エンジン軽量化、ならびにエンジン小型化を含むが、これらに限定されない。
【０００４】
燃焼室内の圧縮負荷および動作温度を上昇させることが所望されている一方で、ピストンの温度を実行可能な限度内に維持することが依然として必要とされている。したがって、燃焼室内の圧縮負荷および動作温度を上昇させることが所望されているが、この目的を達成するには何らかの妥協が付随してくる。すなわち、これらの望ましい「上昇」によって、ピストンのコンプレッションハイト、ひいては全体的なピストンの大きさおよび質量を低減させることのできる度合いが制限されてしまう。このような制限は、ピストンの動作温度を下げるための閉鎖型または部分閉鎖型の冷却ギャラリを有する典型的なピストン構造の場合に特に問題となる。さらに、閉鎖型または部分的閉鎖型の冷却ギャラリを形成するのに上方部分と下方部分とが接合継手に沿って接合されているピストンを製造するためのコストは、一般に、上方部分と下方部分とを接着するのに用いられる接合プロセスのせいで、高くなってしまう。さらに、ピストンに加えられる機械的負荷および熱負荷の増大に耐えることができるようにするために、上述の「冷却ギャラリ付きの」ピストンを鋼から製造する必要があるので、エンジンを軽量化することのできる度合いが影響を受けることとなる。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００５】
発明の概要
本発明の一局面は、エンジンの効率および性能を改善するように設計された内燃機関のためのピストンを提供する。ピストンは、下クラウン面に沿った冷却ギャラリを備えていないため、公知のピストン構造と比較して軽量化され、関連するコストが削減されるが、依然として、ピストンの温度を実行可能な限度内に維持するための優れた冷却を提供する。ピストンは、中心の長手方向軸に沿って延在するピストン本体を備える。ピストン本体は、上部燃焼面を形成する上部壁と、上部燃焼面から垂下する環状のリングベルトとを有する。上部燃焼面は第１の部分と第２の部分とを有し、第１の部分は上部壁の外周に沿って環状に延在し、第２の部分は第１の部分から径方向内側に垂下する燃焼ボウルを形成する。ピストン本体はさらに、リングベルトから垂下するスカートパネルの対と、スカートパネルによって互いに離間されたピンボスの対とを含み、ピンボスの対は、横方向に離間されたピンボアの対を提供する。下クラウン面が上部壁の下側に形成され、この下クラウン面は、上部燃焼面の第２の部分とは反対側、かつ、リングベルトの径方向内側に位置する。中心の長手方向軸に沿って見たときに、下クラウン面の露出した２次元表面積は、ピストン本体の最大外径によって規定される断面積の２５パーセント〜６０パーセントである。
【０００６】
本発明の別の局面は、下クラウン面に沿った冷却ギャラリを備えていないピストンを構築する方法を提供する。この方法は、機械加工、鍛造、および鋳造のうちの少なくとも１つによって、中心の長手方向軸に沿って延在するピストン本体を形成するステップを含む。ピストン本体は、上部燃焼面を形成する上部壁と、上部燃焼面から垂下する環状のリングベルトとを有する。上部燃焼面は第１の部分と第２の部分とを有し、第１の部分は上部壁の外周に沿って環状に延在し、第２の部分は第１の部分から径方向内側に垂下する燃焼ボウルを形成する。ピストン本体はさらに、リングベルトから垂下するスカートパネルの対と、スカートパネルによって互いに離間されたピンボスの対とを含み、ピンボスの対は、横方向に離間されたピンボアの対を提供する。下クラウン面が上部壁の下側に形成され、この下クラウン面は、上部燃焼面の第２の部分とは反対側、かつ、リングベルトの径方向内側に位置する。中心の長手方向軸に沿って見たときに、下クラウン面の露出した２次元表面積は、ピストン本体の最大外径によって規定される断面積の２５パーセント〜６０パーセントである。
【０００７】
本発明のこれらおよび他の局面、特徴および利点は、現在好ましい実施形態および最良の態様についての以下の詳細な説明、添付の特許請求の範囲および添付の図面に関連付けて検討されると、より容易に理解されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の実施形態例に従って構築されたピストンの底面斜視図であり、ピストンは、下クラウン面に沿って凹部を含む。
【図２】本発明の実施形態に従う、ピストンのピンボア軸に対して略交差する方向から見た断面図である。
【図３】本発明の別の実施形態例に従って構築されたピストンの底面斜視図である。
【図４】本発明のさらに別の実施形態例に従って構築されたピストンの側面図である。
【図５】図４のピストンの底面図である。
【図６】別の実施形態例に従う図４のピストンの底面図である。
【図７】図６に示すピストンの下クラウン面の２次元表面積を示す図である。
【図８】図６に示すピストンの下クラウン面の３次元表面積を示す図である。
【図９】図６に示すピストンの燃焼ボウルの２次元表面積を示す図である。
【図１０】上死点位置において、図６に示すピストンの下クラウン面上に吹付けられているオイルを示す図である。
【図１１】下死点位置において、図６に示すピストンの下クラウン面上に吹付けられているオイルを示す図である。
【図１２】本発明のさらに別の実施形態例に従って構築されたピストンの底面斜視図であり、ピストンは、当該ピストンの中心軸から軸方向にオフセットされた凹部を含む。
【図１３】凸部を含む本発明のさらに別の実施形態例に従って構築されたピストンの側断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
詳細な説明
図面をより詳細に参照すると、図１〜図１３は、本発明の実施形態例に従って構築されたピストン１０の図を示しており、このピストン１０は、例えば、最新のコンパクトで高性能な車両エンジンなどの内燃機関のシリンダボアまたはチャンバ（図示せず）において往復運動する。ピストン１０は、機械加工、鍛造または鋳造などによって一体型材料から形成された一体型本体を有するように構築される。その後、場合によっては、必要に応じて仕上げ加工が実行されて、構築を完了させる。したがって、冷却ギャラリ床によって囲まれているかまたは部分的に囲まれている密閉型または部分的密閉型の冷却ギャラリを備えたピストンの場合には一般的である、互いに連結された上方部分および下方部分などの複数の連結された部品が、ピストン１０には備わっていない。逆に、ピストン１０は、冷却ギャラリを囲むかもしくは部分的に囲む冷却ギャラリ床または他の特徴を持たない点で「ギャラリなし（galleryless）」である。鋼でできたピストン本体は、現在の高性能な内燃機関の高性能要求（すなわち高い温度および高い圧縮負荷）を満たすために強固で耐久性がある。本体を構築するのに用いられる鋼（すなわち鋼合金）は、特定のエンジン応用例におけるピストン１０の要件に応じて、ＳＡＥ４１４０等級などであってもよい。ピストン１０にギャラリがないこと、および本体の新規な構成は、以下に記載する特徴の中でも特に、ピストン１０の重量およびコンプレッションハイト（ＣＨ）を最小限にし、それによって、ピストン１０が内部に配置されているエンジンを軽量化し、より小型化することを可能にする。さらに、ギャラリなしであっても、以下において説明され、図面に示される新規な構成により、ピストン１０が、最も過酷な動作温度に耐えるように使用中に十分に冷却されることが可能となる。
【００１０】
ピストン本体は、上部壁１４を提供する上部ヘッドまたは頂部区域を有する。上部壁１４は、内燃機関のシリンダボア内の燃焼ガスに直接晒される上部燃焼面１６を提供する。上部燃焼面１６は、上部壁１４の外周に沿って延在する実質的に平坦面として形成された環状の第１の部分１８と、燃焼ボウルを形成する第２の部分２０とを含む。燃焼ボウルを形成する上部燃焼面１６の第２の部分２０は、典型的には、平坦な第１の部分１８から垂下する非平面、凹状、または波状の面を有する。
【００１１】
また、ピストン１０は、上部壁１４の下側、かつ、上部燃焼面１６の第２の部分２０とは正反対側、かつ、リングベルト３２の径方向内側に形成された下クラウン面２４を含む。好ましくは、下クラウン面１４は、燃焼ボウルから最小距離に位置し、実質的に燃焼ボウルとは正反対側の面である。下クラウン面２４は、ここでは、底部からピストン１０を真っすぐに見たときに、ピンボア４０を除いて、視認可能な表面であると規定される。
【００１２】
また、下クラウン面２４は、上部壁１４の厚さｔを考慮して規定され得る。上部壁１４の厚さｔは、上部燃焼面１６から上部壁１４の下側まで延びる。下クラウン面２４とみなされる上部壁１４の下側の部分は、典型的には、上部燃焼面１６の第２の部分２０から距離を置いて位置する部分であり、その距離は、第２の部分２０に沿って、上部壁１４の最小厚さｔの２倍以下である。また、下クラウン面２４は、上部燃焼面１６から１０ｍｍ以下の距離を置いて位置する上部壁１４の下側の部分としても規定され得る。したがって、下クラウン面２４は、上部燃焼面１６の燃焼ボウルに略フィットした形状である。また、下クラウン面２４は、ピストン１０の下側から見ると開放的に露出しており、密閉型または部分的密閉型の冷却ギャラリによって囲まれておらず、下クラウン面２４付近でオイルまたは冷却流体を保持する傾向のある他の如何なる特徴によっても囲まれていない。
【００１３】
上部壁１４の環状の第１の部分１８は、上部壁１４の外周を形成し、そこから垂下する燃焼ボウルを形成する第２の部分を囲んでいる。このため、燃焼ボウルを含む第２の部分２０は、上部燃焼面１６の最上部にある第１の部分１８よりも下方に窪んでいる。また、第２の部分２０の燃焼ボウルは、両側の環状の第１の部分１８同士の間に、中心軸３０を通ってピストン１０の直径全体にわたって連続的に延在する。燃焼ボウルは、典型的には、両側の環状の第１の部分１８同士の間に連続的に延在する凹面を含む。代替的には、燃焼ボウル壁は、例えば中心ピーク（図示せず）とも称される上方頂部をもたらすような輪郭を有してもよい。中心ピークは、ピストン１０の中心軸３０に沿って同軸に位置してもよく、または、ピストン中心軸３０に対して軸方向にオフセットされていてもよい。ピストン１０の頂部区域はさらに、１つ以上の対応するピストンリング（図示せず）を収容するための１つ以上のリング溝３４をもたらすために上部燃焼面１６から垂下するリングベルト３２を含む。実施形態例では、湾曲した断面を有する少なくとも１つのバルブポケット２９が、上部壁１４の環状の第１の部分１８に形成される。燃焼ボウルはバルブポケット２９を含まない。
【００１４】
ピストン本体はさらに底部区域を含む。底部区域は、ほぼ上部壁１４から垂下するピンボス３８の対を含む。ピンボス３８は各々、ピンボア４０を有し、鉄骨構造の場合には好ましくはブッシングなしである。ピンボア４０は、中心の長手方向軸３０に対して略交差して延びるピンボア軸４２に沿って同軸に、互いに横方向に離間される。ピンボス３８は、略平坦で径方向に最も外側の面（外面４３と称する）を有しており、これら外面４３は、ピンボア軸４０に沿って互いから距離ＰＢを空けて配置され、互いに対して略平行となるように示されている。ＰＢ寸法は最小限にされ、これにより、以下で下クラウンポケット５０と称する略カップ状の窪んだ領域の露出面積が最大限となる。
【００１５】
下クラウンポケット５０は、ピンボス３８の径方向外側に位置し、各ポケット５０の少なくとも一部は、下クラウン面２４の一部を形成する。実施形態例では、下クラウン面２４の上記一部を形成する下クラウンポケット５０の部分は、上部燃焼面１６から上部壁１４の最小厚さの２倍以下の距離、かつ１０ｍｍ以下の距離を置いて、上部燃焼面１６の第２の部分２０とは反対側、かつ、リングベルト３２の径方向内側に位置する。
【００１６】
下クラウンポケット５０は、上部燃焼面１６の環状の第１の部分１８の下面に沿って下クラウン面２４を越えて径方向外側にも延在し、リングベルト３２の内面に沿って上部壁１４から垂下する。下クラウンポケット５０のこれらの部分は、上部燃焼面１６の第２の部分２０よりも外側に、上部壁１４の最小厚さの２倍よりも大きい距離だけ上部燃焼面１６から離れて、および／または１０ｍｍよりも大きい距離だけ上部燃焼面１６から離れて位置する。したがって、それらの部分は下クラウン面２４の一部を形成しない。
【００１７】
ポケット５０の２次元表面積および３次元表面積が最大限にされた状態では、少なくとも部分的に距離ＰＢが最小限にされていることにより、下クラウンポケット５０の露出面に対してクランク室から上方に向かって跳ねかけられるかまたは吹付けられるオイルによってもたらされる冷却が向上する。これにより、上部燃焼面１６、下クラウン面２４、さらにはリングベルト３４の一部がさらに冷却されることとなる。
【００１８】
ピンボア４０は各々、リングベルト３２付近に配置された、最上部の凹状耐荷重面（以下において最上面４４と称する）を有する。そのため、コンプレッションハイトＣＨが最小限にされる（コンプレッションハイトとは、ピンボア軸４２から上部燃焼面１６まで延びる寸法である）。ピンボス３８は、外側パネル（支柱４６とも称する）によって、互いに正反対の位置にあるスカートパネル（スカートパネル４８とも称する）に連結される。
【００１９】
ピンボス３８、スカートパネル４８、および支柱４６は開放領域を囲んでいる。開放領域は、支柱４６の最下面または底面５１およびスカートパネル４８から下クラウン面２４まで延在している。図１、図２、および図４〜図１３の実施形態では、開放領域における下クラウン面２４、ピンボス３８、スカートパネル４８、または支柱４６に沿って、リブが設けられてはいない。さらに、開放領域には、閉鎖型または部分的閉鎖型の冷却ギャラリが形成されていない。しかしながら、図１および図２に示すように、ピストン１０は、下クラウン面２４に隣接するスカートパネル４８の各々の最上端縁に沿って階段状領域５４を含み得る。図１および図２の実施形態例では、階段状領域５４は下クラウン面２４の一部とはみなされない。別の実施形態、例えば図３に示す実施形態では、ピストン１０は、冷却を向上するために、下クラウン面２４に沿ったリブ５８の対を含む。これらのリブ５８は、両側のスカートパネル３８同士の間で下クラウン面２４に沿って連続的に延在する。
【００２０】
ピストン１０の下側に沿った開放領域は、クランク室内から下クラウン面２４に対して直接跳ねかけられるかまたは吹付けられるオイルに直接接触できるようにするものであって、これにより、オイルがクランク室内から下クラウン面２４全体に直接はねかかることを可能にし、同時に、オイルがリストピン（図示せず）の周りで自由に飛び散ることを可能にし、さらには、ピストン１０の重量を著しく減らすことも可能にする。したがって、典型的な閉鎖型または部分的閉鎖型の冷却ギャラリを備えていないにもかかわらず、ギャラリなしピストン１０の略開放型の構成は、下クラウン面２４の最適な冷却と、ピンボア４０内におけるリストピン接合部への潤滑とを可能にし、同時に、燃焼ボウル付近の表面上におけるオイル滞留時間（大量のオイルが表面上に残留している時間）を短縮することを可能にする。滞留時間の短縮により、閉鎖型または実質的に閉鎖型の冷却ギャラリを有するピストンに発生し得るようなコークス化されたオイルが不所望に蓄積されるのを抑制することができる。そのため、ピストン１０は、長期間の使用にわたって「クリーン」なままであり、これにより、それが実質的に蓄積しない状態を維持することが可能となる。
【００２１】
上部燃焼面１６の真下に位置する下クラウン面２４のうち、クランク室から飛び散って吹付けられるオイルに直接晒される部分の割合は、下クラウン面２４の最適な冷却のためである。ピストン１０の下クラウン面２４は、閉鎖型または部分的閉鎖型の冷却ギャラリを有する比較例のピストンよりも、総表面積（表面の外形に沿った３次元面積）および投影表面積（平面図で見た平面の２次元面積）が大きい。
【００２２】
下クラウン面２４の外形に沿った、３次元面積Ａｕ３Ｄとして規定される総露出表面積は、ピストン１０の使用中に冷却オイルが接触する広い面積である。実施形態例では、下クラウン面２４の３次元面積Ａｕ３Ｄは、ピストン１０の最大外径ＯＤによって規定される断面積ＡＯＤの３０パーセントよりも広く、典型的には、４０パーセント〜９０パーセントである。
【００２３】
また、下クラウン面２４は、ピストン１０の底部から概ね中心の長手方向軸３０に沿って見たときに２次元表面積Ａｕ２Ｄとして規定される投影表面積が、ピストン１０の最大外径ＯＤによって規定される断面積の２５パーセントよりも広く、典型的には３０パーセント〜６０パーセントである。より好ましくは、２次元表面積Ａｕ２Ｄは、ピストン１０の最大外径ＯＤによって規定される断面積の３０パーセント〜５５パーセントである。上述のように、下クラウン面２４の２次元表面積Ａｕ２Ｄの一部は、ポケット５０内に位置する。また、下クラウン面２４の２次元表面積Ａｕ２Ｄは、上部燃焼面１６に沿った燃焼ボウルの２次元表面積Ａｃ２Ｄに対して相対的に定められ得る。実施形態例では、下クラウン面２４の２次元表面積Ａｕ２Ｄは、燃焼ボウルの２次元表面積Ａｃ２Ｄの５０パーセント〜１２５パーセントである。さらに、バルブポケット２９は、燃焼ボウルの２次元表面積Ａｃ２Ｄに含まれない。
【００２４】
下クラウン面２４の３次元表面積Ａｕ３Ｄは、上部燃焼面１６に沿った燃焼ボウルの３次元表面積Ａｃ３Ｄに対して相対的に定められ得る。実施形態例では、下クラウン面２４の３次元表面積Ａｕ３Ｄは、燃焼ボウルの３次元表面積Ａｃ３Ｄの５０パーセント〜１２０パーセントである。上述のように、下クラウン面２４の３次元表面積Ａｕ３Ｄの一部は、ポケット５０内に位置する。
【００２５】
例として、図７は図６のピストン１０の下クラウン面２４の外径ＯＤおよび２次元表面積Ａｕ２Ｄを示し、図８は図６に示すピストン１０の下クラウン面の３次元表面積Ａｕ３Ｄを示し、図９は、図６に示すピストン１０の燃焼ボウルの２次元表面積Ａｃ２Ｄを示す。
【００２６】
さらに、図７に示すように、下クラウン面２４の露出領域の直径Ｄｕは、典型的には、ピストン１０の最大外径ＯＤの７５パーセント〜９０パーセントである。下クラウン面２４の露出領域の直径Ｄｕは、燃焼ボウルの直径Ｄｃの８５パーセント〜１４０パーセントであり得て、それは、閉鎖型または実質的に閉鎖型の冷却ギャラリを有するピストンの場合には最大で１００パーセントであるのとは対照的である。
【００２７】
しかしながら、相対的な表面積および相対的な直径の割合は上述の範囲から変更可能であり、それでもなお冷却の向上が提供され得る。ピストン１０の露出した下クラウン面２４の相対的な表面積および相対的な直径の割合は、従来のピストンをはるかに上回っており、場合によっては３倍以上にもなる。そのため、上部燃焼面１６は、必要に応じてオイルジェットの助けを借りて結合され得る、クランク室から上方向に跳ねかかってくるオイルによって直接冷却することができる。
【００２８】
上述のように、ピストン１０の下クラウンポケット５０の少なくとも一部は、下クラウン面２４の少なくとも一部を規定するとともに、第１の部分１８の下側の一部および環状のリングベルト３２の内面の一部を規定する。実施形態例では、下クラウンポケット５０を合わせた総２次元表面積Ａｐ２Ｄは、ピストン１０の最大外径によって規定される断面積ＡＯＤの１８パーセント〜３５パーセントである。また、下クラウンポケット５０の総３次元面積Ａｐ３Ｄは、ピストン１０の最大外径によって規定される断面積ＡＯＤの５０パーセント〜８５パーセントである。下クラウンポケット５０の３次元面積Ａｐ３Ｄの例は図８に示される。
【００２９】
しかしながら、下クラウンポケット５０の２次元表面積および３次元表面積は上述の範囲から変更可能であり、それでもなお、ポケット５０の真上に位置する上部燃焼面１６の領域を冷却することに著しく寄与することができる。
【００３０】
図１〜図１１で例示するピストン１０の別の重要な局面は、ピストン１０の底部から見たときに、両側のスカートパネル３８同士の間、かつ両側のピンボス３８同士の間に配置されるピストン１０の下クラウン面２４の少なくとも中心部５２の形状が凹状であるということである。そのため、オイルはピストン１０の往復運動中にピストン１０の一方側からピストン１０の他方側にまで流れ、これにより、ピストン１０の冷却をさらに高めるように作用する。この凹部５２は、スカートパネル３８間に長手方向に延びる長さと、ピンボス３８間に延びる幅とを有する。凹部５２の長さは、典型的には幅よりも大きい。実施形態例では、凹部５２の曲率半径は３０ｍｍ〜５００ｍｍである。また、図２および図５〜図９に示す実施形態例では、凹部５２は、下クラウン面２４のポケット５０または他の周辺領域から軸方向にオフセットされている。例えば、凹部５２は、周辺領域よりもピンボス３８の近くに配置され得る。
【００３１】
図１２は、別の実施形態例に従う、改良された下クラウン面２４′を有するピストン１０′を示す。この実施形態では、ピストン１０′は、当該ピストン１０′の中心の長手方向軸３０′から軸方向にオフセットされた凹部５２′を含む。このオフセットされた凹部５２′は、凹部５２の代わりに、または凹部５２に加えて用いられ得る。
【００３２】
図１３は、改良された下クラウン面領域２４′′を有する、さらに別の例のピストン１０′′を示す。この実施形態では、下クラウン面２４′′は凸部５６′′を含む。凸部５６′′は、ピストン１０′′の往復運動中にオイルが流れるように、ピストン１０′′の中心の長手方向軸３０′′に沿って配置されている。実施形態例では、凸部５６′′は、両側のスカートパネル３８′′同士の間で下クラウン面２４′′全体に沿って連続的に延在する。しかしながら、凸部５６′′は、中心の長手方向軸の位置において、または中心の長手方向軸３０′′から軸方向にオフセットされた位置において、下クラウン面２４′′の一部のみに沿って設けられてもよい。凸部５６′′の曲率半径は、典型的には８０ｍｍ〜３００ｍｍである。
【００３３】
上述の教示を考慮すると、本発明の多くの変更例および変形例が実現可能である。したがって、本発明が具体的に記載された以外のやり方で実施され得ること、および、最終的に許可可能とされる請求項によって本発明の範囲が規定されることが理解されるはずである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【国際調査報告】
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